CN104620467B - 使用预测平衡管理电池组的系统和方法 - Google Patents

使用预测平衡管理电池组的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104620467B
CN104620467B CN201380047754.6A CN201380047754A CN104620467B CN 104620467 B CN104620467 B CN 104620467B CN 201380047754 A CN201380047754 A CN 201380047754A CN 104620467 B CN104620467 B CN 104620467B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pass current
time
value
current value
battery unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380047754.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104620467A (zh
Inventor
Y·张
Y·P·巴尔苏科夫
J·M·巴特勒
K·格勒巴特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of CN104620467A publication Critical patent/CN104620467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104620467B publication Critical patent/CN104620467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

一种用于管理电池组(4)的电池单元(4‑1至4‑3)的系统(2)，其具有包括开关装置(Q1‑Q4)和能量存储部件(L‑1，L‑2)的旁路电路(6)。开关装置响应开关控制信号(14‑1至14‑4)，以在第一状态下使旁路电流从电池单元传导到能量存储部件，并在第二状态下使旁路电流从能量存储部件传导到电池单元。开关控制器(12)针对周期时间间隔内的对应接通时间以开关频率提供开关控制信号，以用于有效平衡电池单元。预测平衡部件(16)根据初始平衡旁路电流值计算接通时间，以在充电时间的预期结束或放电时间结束时平衡电池单元放电深度(DOD)值，以及根据连续平衡旁路电流值计算接通时间，以保持放电深度(DOD)值的当前关系。

Description

使用预测平衡管理电池组的系统和方法
技术领域
本发明涉及电气电路，更具体地，涉及使用预测平衡管理电池的系统和方法。
背景技术
电池组对于电子消费、汽车、医疗、计算和工业产品已经成为现代科技的重要方面。电池管理系统(包括所谓的电池燃料压力表或气体压力表)用于控制电池组中的电池单元的充电和放电，以执行单元平衡操作，以及提供剩余电池单元容量的估计。电池单元通常以串联配置连接，从而提供具体应用所需要的必要电压。最近，不对称电池堆已经被提出用于汽车和其他应用，其中形成电池组的各个单元具有不同的容量，以便增加电池组容量，并且充分利用受限终端设备机箱空间。然而，不对称电池堆存在单元平衡的困难，在这种情况下，常规电压均衡型平衡技术不是最优的，并且有时需要相当大的旁路电流电平。因此，仍然需要改进的用于管理电池组的设备和技术。
发明内容
提出用于管理多个单元电池组的预测平衡技术，其能够被有利地用于促进对称和/或非对称堆中的有效平衡。在所公开的实施例中，提供旁路电流控制，以用于根据初始平衡值和连续平衡值两者有效平衡电池单元，从而在充电或放电操作的剩余部分上促进放电深度(DOD)平衡，以及保持电池组内的DOD单元关系。
提供一种用于电池组管理的系统，该系统包括具有一个或更多个能量存储部件(诸如，电感器和/或电容器)的旁路电路以及开关装置，开关装置选择性地允许来自各个电池单元的旁路电流传导和/或将旁路电流传导到各个电池单元。所述系统进一步包括控制器，其在多个时间间隔的每个中的对应接通时间内以开关频率提供控制信号到开关装置，以用于有效单元平衡。预测平衡部件至少部分根据初始平衡旁路电流值以及连接平衡旁路电流值计算接通时间，以便在充电操作结束时或放电操作结束时平衡单元放电深度，以及保持单元DOD之间的当前关系。
在某些实施例中，至少部分根据估计的当前DOD值来确定初始平衡旁路电流，并且根据电池单元的总的电荷容量值中的差异与总的组电流来确定连续平衡旁路电流。某些实施例包括平衡电流强制(enforcement)部件，其确定单元的理论最大旁路电流值。强制部件还通过加和每个单元的相应的初始平衡旁路电流值与相应的连续平衡旁路电流值来确定所需要的单元旁路电流值，以及根据所需要的单元旁路电流值和相应的理论最大旁路电流值的比率确定各个接通时间作为当前时间间隔的一部分。在某些实施例中，预测平衡部件确定先前时间间隔的实际单元旁路电流值、确定分别对应于电池单元中的一个的多个比例因子，以及至少部分地基于比例因子确定理论最大电流值。
在某些实施例中，如果接通时间的一个或更多个超过当前时间间隔的持续时间，预测平衡部件选择性降低开关频率。另外，某些实施例中，预测平衡部件选择性调整提供开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
提供具有用于管理电池组的指令的方法和计算机可读介质。在某些实施例中，该方法包括至少部分地根据估计的当前电池单元放电深度(DOD)值来确定初始平衡旁路电流值，以及至少部分基于总的组电流和电池单元的总的电荷容量中的差异来确定连续平衡旁路电流值。所述方法进一步包括至少部分地根据初始平衡旁路电流值和连续平衡旁路电流值来确定旁路电流传导至各个电池单元和/或从各个电池单元传导旁路电流的多个接通时间，并且根据所述接通时间在当前时间间隔内控制旁路电流的传导。
在某些实施例中，所述方法进一步包括确定对应于电池单元的理论最大旁路电流值，以及基于初始平衡旁路电流值和连续平衡旁路电流值确定所需要的单元旁路电流值，其中至少部分基于相应的所需要的单元旁路电流值和相应的理论最大旁路电流值的比率来确定所述接通时间。
而且，在某些实施方式中，先前时间间隔的实际单元旁路电流值至少部分地根据估计的旁路电流值、总的组电流和旁路效率参数来确定。在这些实施例中，所述方法进一步包括确定当前时间间隔的比例因子为自先前时间间隔的所需要的单元旁路电流值与相应的实际单元电流值的比率乘以先前时间间隔的相应的比例因子，以及使用比例因子确定理论最大电流值。
在某些实施例中，所述方法进一步包括基于相应的初始平衡旁路电流值和连续平衡旁路电流值的总和来计算各个接通时间，以及如果所述接通时间的一个或更多个超过当前时间间隔的持续时间，则选择性降低开关频率。而且，在某些实施例中，所述方法包括选择性调整提供开关控制信号的相对开始时间，并调整连续时间间隔内的单元电压测量值。
附图说明
图1是示出具有旁路电路和平衡控制器的电池组管理系统的实施例的简化示意图，所述平衡控制器具有开关控制器和预测平衡部件，所述预测平衡部件基于初始平衡旁路电流值和连续平衡旁路电流值提供开关接通时间；
图2A和图2B图示包括用于根据初始平衡旁路电流值和连续平衡旁路电流值通过控制有效平衡电流来管理电池组的方法的流程图；
图3示出使用有效旁路电流平衡放电操作结束时图1的电池组中的多个电池单元的放电深度值的示意图；
图4图示图1的系统进行选择性频率调整，作为时间的函数的单元旁路电流波形、开关接通时间、开关频率和单元电压测量周期；
图5图示单元旁路电流波形、开关接通时间、开关频率和单元电压测量周期，其中在连续周期时间间隔内调整提供旁路电路开关控制信号的开始时间；以及
图6图示单元旁路电流波形、开关接通时间、开关频率和单元电压测量周期，其中在连续周期时间间隔内调整单元电压测量的开始时间。
具体实施方式
图1图示用于管理和评估多单元电池组4的多个操作方面的电池组管理系统2。系统2包括直接或间接与电池组4的单元4-1、4-2和4-3连接的旁路电路6；以及具有开关控制器12、平衡部件16以及具有电池模块18a的动态电压相关(DVC)部件18的平衡控制器10，平衡部件16分别具有初始平衡、连续平衡和平衡电流强制部件16a、16b和16c。另外，所示的系统2包括物理上邻近电池组4放置或物理上放置在电池组周围环境中的温度传感器8，以及一个或更多个单元电压传感器20和总的组电流传感器22，所述总的组电流传感器22提供表示由感测电阻器R感测测量的组电流的组电流信号或值24。平衡部件16提供接通时间信号或值17-1、17-2、17-3和17-4到开关控制器12以用于生成开关控制信号14-1、14-2、14-3和14-4，所述开关控制信号14-1、14-2、14-3和14-4被提供到旁路电路6以用于操作开关装置Q1-Q4，从而选择性地进行旁路电流传导从而进行有效单元平衡。在系统2中可以提供其他部件(未示出)，包括但不限于，在线(in-line)保护部件(诸如，用于保护免于过电流情况的正温度系数(PTC)部件)、用于防止电池组过热的在线热切断(TCO)装置等，其细节被省略，以避免模糊后面描述的各种预测平衡概念。
系统2可以以多种形式或配置(诸如包括一个或更多个处理元件的单个集成电路或印刷电路板以及相关联的存储器或电路系统)实施，以执行在此公开的电池单元平衡和管理概念，以及执行一个或更多个附加功能(诸如，气体计量、电池容量评估和报告功能)，并且与外部系统接合。在其他可能实施例中，系统2能够单独由多个部件形成，多个部件包括模拟和/或数字硬件、处理元件和相关联的电子存储器、处理器执行的软件、处理器执行的固件、可编程逻辑和/或他们的组合。
在图1的示例中，示出的3-S电池组4包括以串联配置彼此连接的三个电池单元4-1、4-2和4-3，虽然任何数目的两个或更多个单元可以以任何合适串联和/或串联/并联方式连接以用于形成多单元电池组4。另外，在所示的示例中，中心单元4-2具有比第一和第三单元4-1和4-3更大的容量，尽管本公开没有严格要求。如上所指出的，常规电压平衡技术特别不适于不对称电池组4，其中本公开的预测平衡概念可以与具有形成多单元电池组4的任何数量的单元的非对称电池组相关联使用，以及与对称组相关联使用。电池组4可以包括允许连接到系统2的一个或更多个端子5，或可以提供包括板载电池单元组4的集成电池组/控制器系统2。旁路电路6连接到电池组端子5并且包括场效应晶体管(FET)类型开关装置Q1、Q2、Q3和Q4以及分别耦合在开关装置Q1-Q4的相应一个的两端的相应的整流器装置D1、D2、D3和D4，其中整流器D1-D4可以是FET Q1-Q4的体二极管或可以是分离的整流器部件。栅源电阻器Rgs被连接在FET Q1和Q4的每个的栅极端子和源极端子之间，并且FET Q1和Q3是P沟道增强型装置，而Q2和Q4是N沟道增强型FET。开关装置Q1-Q4的任何合适形式可以用在旁路电路6中，包括但不限于，以相对高的开关频率可操作的基于半导体的开关，以通过选择性传导旁路电流来实施在此描述的有效单元平衡功能。开关装置Q1-Q4的栅极端子通过开关电容器C电容耦合，以从开关控制器12接收开关控制信号14-1、14-2、14-3、14-4。
旁路电路6还包括电感能量存储部件L-1、L-2，以便于有效平衡单元4中的两个或更多个之间的电荷的重新分配。而且，所示旁路电路6包括并联连接在电池单元4的每个的两端的高频率电容器Chf，并且电感器L-1和L-2分别并联连接在相应的放电电阻器R-1和R-2的两端。可以使用其他有效再平衡旁路电路6，其包括其他形式的能量存储部件，诸如开关型电容器旁路电路6(未示出)。开关装置Q1-Q4单独可操作以在第一状态(ON)下使旁路电流从电池单元4-1、4-2、4-3的一个传导至电感器L-1、L-2中的一个，并且在第二状态(OFF)下允许经由整流器D1-D4中的一个将旁路电流从电感器传导至另一个单元4。在所示的示例中，Q1和Q3是P沟道增强型FET，以及相应的开关控制信号14-1和14-3是低有效，由此低信号14-1或14-3将相应的开关装置Q1、Q3放置在ON状态或导通状态。相反地，开关控制器12分别提供高有效的开关控制信号14-2和14-4到N沟道装置Q2和Q4。
系统2的有效平衡操作能够在充电操作期间、放电(例如，当电池组4正在驱动负载(未示出)时)期间，和/或电池组4在松弛模式时开始进行。在操作中，在一个实施例中，在由平衡部件16提供的接通时间信号或值17限定的接通时间期间，平衡控制器10使用开关控制器12以选择性提供开关控制信号14，为近似50％占空比接通/断开信号。就这点而言，在某些实施中，开关控制器12采用具有以2MHz开关频率(或其他调整的开关频率)提供的开关信号14的2MHz振荡器，并且相关联的接通时间信号或值17是有效的。在每个高频率开关周期(在接通时间期间)中，相应的开关装置被接通近似高频率周期的一半(例如，近似250ns)，并且然后被断开高频率周期的剩余期间(例如，250ns)。在开关装置接通的时间期间，电流将从单元4的指定一个传导通过电感器L-1、L-2中的一个。然后，当开关装置被断开时，电流将继续通过电感器L-1、L-2流到单元4中的另一个。以这种方式，开关装置Q1-Q4的开关操作在开关控制器12的控制下提供选择性有效平衡以将电流从单元中的一个传递到另一个单元4。通过平衡部件16提供的接通时间信号或值17-1、17-2、17-3和17-4允许单独控制有效平衡电流流量(在此称为“旁路电流”)以促进在此描述的预测平衡技术，其使用计算的初始平衡旁路电流值和经由部件16a和16b的连续平衡旁路电流值以及平衡电流强制部件16c，产生接通时间17。
为了示出控制器10和旁路电流6的有效平衡操作的电荷重新分配的各种方面，下面的描述示出针对期望从中间单元4-2移除电荷，以为单元中的另一个(例如，第三单元4-3)充电的情况，系统2在这种500ns高频率开关周期期间的操作。在周期的第一部分，Q2经由开关信号14-2(高有效)被接通，从而使放电电流(旁路电流)从单元4-2的顶部通过L-1和Q2流入单元4-2的底部(单元4-1的顶部)。该旁路电流流量的幅值通过L-1的电感和Q2的漏源导通电阻来确定，其中旁路电流初始从零上升(ramp up)直到Q2被断开(例如，对于2MHz开关频率示例，近似为250ns)。就这点而言，Q2被接通的时间越长，最大旁路电流将更高。
当Q2断开(信号14-2变低)时，旁路电流将从L-1流过连接在上部FET Q1两端的二极管D1。流过二极管D1的旁路电流与之前(从电感器L-1)流动的电流具有相同的电平，但是现在从单元4-3的底部流过电感器L-1到单元4-3的顶部，因此对单元4-3充电。另外，电流从峰值开始并基于L-1的电感降低到零，其中并联连接的电阻器R-1被提供以确保完成电感器L-1的放电，并且通常不消耗任何显著功率。以这种方式，电荷从单元4-2转移到单元4-3。通过选择性切换其他开关装置Q1、Q3和Q4提供类似的转移操作，由此通过开关控制器12选择性提供的开关信号14允许经由旁路电路6中的旁路电流流动选择性地转移电荷。例如，经由信号14-1能够采用Q1、L-1和D2以从单元4-3转移电荷到单元4-2；使用信号14-3能够操作Q3、L-2和D4以从单元4-2转移电荷到单元4-1；以及经由信号14-4能够采用Q4、L-2和D3以从电池单元4-1转移电荷到电池单元4-2。
如上面所述的，开关电容器类型电路或其他形式的旁路电路6能够用在系统2中，以用于有效平衡包括至少一个能量存储装置(例如，电感、电容和/或其组合等)的电池单元4-1、4-2、4-3，其中选择性激活开关装置以在一种状态下提供从至少一个电池单元到至少一个能量存储部件的旁路电流传导，以及在另一种状态下允许旁路电流从一个或更多个能量存储部件流到其他电池单元中的一个或更多个。例如，通过经由来自单元4中的一个的旁路电流选择性耦合要被充电的电容器(未示出)，并且然后将充电的电容器重新连接在电池单元4的不同一个(或更多个)的两端(在这种情况下，将不需要整流器装置D1-D4)，开关通道(passenger)类型旁路电路6能够用于该操作，并且开关控制器12能够采用任何数目的开关装置(未示出)和相应的开关控制信号14，以用于这种电荷再分配(有效平衡)操作。
平衡控制器10和/或其部件能够使用任何合适的硬件、处理器执行的软件或固件或其组合来实施，其中一个示例性实施例中，控制器10包括一个或更多个处理元件(诸如，微处理器、处理器内核、微控制器、DSP、可编程逻辑等)以及电子存储器和信号调节驱动器电路，其中(一个或更多个)处理元件经编程或以其他方式配置以执行在此公开的单元平衡功能中的一个或更多个。例如，平衡控制器10可以包括或可以操作地与存储数据和编程指令的至少一个电子存储器耦合，以执行在此阐述的单元平衡和其他功能，其中这种处理器可执行的指令可以被存储在集成到和/或可操作地耦合以与平衡控制器10通信的非临时性计算机可读介质(诸如，计算机存储器、控制系统(例如，控制器100)内的存储器、CD-ROM、软盘、闪存驱动器、数据库、服务器、计算机等)中。在某些实施例中，例如，平衡控制器10可以是提供包括一个或更多个开关驱动器部件的开关控制器12的集成电路，一个或更多个开关驱动器部件提供合适的高有效的或低有效的开关信号生成功能，以用于生成适于操作所选类型的开关装置Q1-Q4的开关控制信号14-1到14-4，并且处理器内核被提供具有合适的存储器和I/O能力，以用于与传感器8、20、22以及与开关控制器12接合。
在这种实施例中，例如，平衡部件16和初始平衡、连续平衡和平衡电流强制部件16a-16c可以使用存储在存储器中的处理器执行的编程指令来实施，所述存储器在平衡控制器10中或与其关联。另外，某些实施例可以提供动态电压相关(DVC)部件18，用于基于来自传感器20的电压测量值来提供实际旁路电流流量值的估计以及单元放电深度估计值，其中DVC部件18被实施为存储在存储器中的处理器执行的指令，并且由DVC部件18使用的电池组4的模型18a可以类似地存储在平衡控制器10内的存储器中或可操作地与平衡控制器10关联的存储器中。动态电压相关部件18的一个合适示例在美国专利公布No.2012/0143585A1中描述。平衡部件16能够通过任何合适的手段获得(估计或测量的)实际旁路电流和/或单元DOD值，无论其由单元电压测量值得出还是以其他方式得出。动态电压相关部件18使用来自温度传感器8的信号或值基于测量的单元电压和单元温度有利地提供实际电流值估计以及DOD估计值，而不需要用于直接测量单元电流的额外感测电路，并且还可以便于在系统2中提供气体压力表功能。
由图1可见，预测平衡部件16提供接通时间信号或值17-1、17-2、17-3、17-4到开关控制器12，其中这些接通时间17可以是电信号和/或数字值或含有数字值的消息等，其指示或表示时间量(或时间间隔164的百分比)，在该时间量期间，开关信号14被提供到旁路电路6的开关。在针对给定通道的所述接通时间期间，开关控制器12以具有近似50％占空比的开关频率(例如，在一个示例中为2MHz，具有由平衡控制器10降低的选择性调整)提供相应的开关控制信号14，以及当在给定时间间隔中完成接通时间(例如，下面图4-6示出的时间间隔164)，周期开关信号停止。而且，平衡部件16可以在给定时间间隔164中提供接通时间信号或值17，使得具体通道可以具有零接通时间，由此相应的开关装置在该时间间隔164内不被致动。
对于每个此类时间间隔164(例如，一秒)，平衡部件16提供更新的接通时间信号或值17，其至少部分地根据初始平衡旁路电流值来计算，作为初始平衡旁路电流值IINIT-1、IINIT-2和IINIT-3的函数，从而在充电操作或放电操作的预期结束时间时平衡单元4-1、4-2和4-3的放电深度(DOD)值，并且还作为连续旁路电流值ICONT-1、ICONT-2和ICONT-3的函数，以维持电池单元DOD值的当前关系。如在此使用的放电深度是在所示情况下与给定电池单元4-1、4-2或4-3关联的值，其表示来自初始容量的放电量，并被表示为0到1的数字或表示为百分比，其中1.0(或100％)意思是相应的电池单元4被完全放电，而0.0(0％)表示完全充电的单元。另外，DOD值与当前电池单元“电荷状态”(SOC)关联，由式DOD＝1-SOC表示。
在某些实施例中，初始平衡部件16a整体或部分基于估计的当前放电深度值，分别计算单独对应于电池单元4-1、4-2和4-3的初始平衡旁路电流值IINIT-1、IINIT-2和IINIT-3，所述估计的当前放电深度值由DVC部件18基于电池模型18a和来自传感器20的测量的单元电压提供。所确定的初始平衡旁路电流值IINIT-1、IINIT-2和IINIT-3每个均表示从当前时间直到充电/放电操作的预期结束时所需的旁路电流量，以便在该操作结束时平衡所有单元4-1、4-2和4-3的DOD值。初始平衡部件16a能够使用任何合适的算法、公式、估计过程、数字技术、参数方程等计算这些初始平衡旁路电流值IINIT-1、IINIT-2和IINIT-3，通过任何合适的算法、公式、估计过程、数字技术、参数方程等提供或估计的值表示这种初始平衡旁路电流量，从当前时间直到充电/放电操作的预期结束时，这种初始平衡旁路电流将电池组4的单元放置在迹线(trajectory)上，以用于最终的DOD平衡。
图3示出图1的3-S组4的DOD平衡的示意图150，其分别平衡对应于单元4-1、4-2和4-3的放电深度值151、152和153。在这个示例中，随着示例性放电操作的开始的时间进度，DOD值151-153收敛，使得在放电结束时，所有的单元4-1、4-2和4-3完全放电(100％DOD)。就这点而言，初始平衡部件16a计算初始平衡旁路电流值IINIT-1、IINIT-2和IINIT-3，以在当前时间和预期放电操作的结束时的整个时间长度上理想地延续该收敛值。在充电操作期间，这是正确的，并且初始平衡电流值确定在每个时间间隔164相对于操作(无论是放电还是充电)的预期结束时间被重复。
连续平衡旁路电流值ICONT-1、ICONT-2和ICONT-3分别对应于电池单元4-1、4-2、4-3，并且表示当前时间间隔164内所需的旁路电流量，以保持单元DOD值的当前关系。连续平衡部件16b至少部分地基于电池单元4-1、4-2和4-3的总的电荷容量值(QMAX)的差异以及还根据来自传感器22、表示电池组4中的总的当前电流流量，确定值ICONT-1、ICONT-2和ICONT-3。因此，连续平衡值ICONT-1、ICONT-2和ICONT-3提供部件的期望平衡电流(旁路电流)量来维持电池组4内的当前DOD关系。
在某些实施例中，预测平衡部件16至少部分基于所确定的初始平衡旁路电流值IINIT-1、IINIT-2和IINIT-3和基于连续平衡旁路电流值ICONT-1、ICONT-2和ICONT-3来计算针对每个时间间隔164的单元4-1、4-2和4-3的每个的期望的或所需要的旁路电流值IREQ-1、IREQ-2和IREQ-3。在一个可能的实施方式中，所需要的电流值计算通过平衡电流强制部件16c来执行，平衡电流强制部件16c至少部分地根据相应的初始平衡旁路电流值IINIT-1、IINIT-2和IINIT-3与相应的连续平衡旁路电流值ICONT-1、ICONT-2和ICONT-3的总和来计算接通时间17。以这种方式，预测平衡部件16提供接通时间17-1、17-2、17-3和/或17-4以提供预测初始平衡，使得相关联的电池单元4的DOD值在所述充电和/或放电操作(图3)期间朝向平衡收敛，以及提供连续平衡以保持或调节当前DOD单元关系，从而抵消整个电池组电流流量和负载变化的任何影响，以及其他影响。在不希望被束缚在任何具体理论的情况下，该预测有效单元平衡方法被认为在不对称电池组4的背景中是特别有利的，其中使用放电深度平衡相对于常规电压均衡单元平衡技术而言，被认为在性能和稳定性上具有改进。
在某些实施方式中，平衡电流强制部件16c确定分别对应于相应的单元4-1、4-2和4-3的理论最大旁路电流值IMAX-1、IMAX-2和IMAX-3。在某些实施例中，最大旁路电流值IMAX-1、IMAX-2和IMAX-3至少部分基于电感器L-1和L-2的部件值，以及基于开关控制器12的开关频率182(例如，在某些实施方式中为2MHz或更低的调整值)来计算，假设开关控制器12在整个时间间隔164期间以开关频率182提供开关控制信号14。因此，对于给定的开关频率设置，最大旁路电流值是能够在给定时间间隔164内传导的旁路电流量的理论上限。另外，强制部件16c基于相应的初始平衡电流值和连续平衡旁路电流值的总和来确定期望的或所需要的单元旁路电流值IREQ-1、IREQ-2和IREQ-3(例如，IREQ-1＝IINIT-1+ICONT-1；IREQ-2＝IINIT-2+ICONT-2；IREQ-3＝IINIT-3+ICONT-3)。考虑到旁路电流配置对给定时间间隔164内提供到给定单元4或从给定单元4移除的旁路电流量的影响，平衡电流强制部件16c然后至少部分基于相应的所需要的单元旁路电流值IREQ与相应的理论最大旁路电流值IMAX的比率确定通道接通时间17作为当前时间间隔164的一部分(例如，百分比或时间值)。
在某些实施例中，平衡电流强制部件16c还整体或部分基于从DVC部件18得到的估计的实际单元旁路电流值，并整体或部分基于总的组电流值24以及基于旁路效率参数，来计算或以其他方式确定先前时间间隔164的实际单元旁路电流值，并且在某些实施例中，旁路效率参数可以随时间而调整。强制部件16c还确定对应于电池单元4-1、4-2、4-3的比例因子S-1、S-2、S-3。在某些实施例中，当前时间间隔164的各个比例因子S-1、S-2、S-3被计算为自先前时间间隔164的相应的所需要的单元旁路电流值(例如，IREQ-1、IREQ-2、IREQ-3)与先前时间间隔164的相应的实际单元旁路电流值的比率乘以自先前时间间隔164的相应的比例因子S-1、S-2、S-3，并且部分基于比例因子S-1、S-2、S-3确定理论最大电流值IMAX-1、IMAX-2、IMAX-3。以这种方式，平衡部件16使用由实际旁路电流流量值提供的反馈信息来调整随后的时间间隔164的最大电流的计算。实际上，比例因子S理想上是一，并且该值的偏差指示每个单元4的理论电流与实际电流之间的差异。随着所需要的电流和实际电流收敛，在一系列时间间隔内使用比例因子使得误差随时间逐渐降低至零。
如下面结合图4讨论的，如果接通时间的一个或更多个超过当前时间间隔的持续时间或如果所需要的单元旁路电流值IREQ-1、IREQ-2和/或IREQ-3中的至少一个超过相应的理论最大值IMAX-1、IMAX-2或IMAX-3，则平衡电流强制部件16c选择性地降低开关控制器12的开关频率182。该功能有利地允许以相对高的开关频率(例如，在一个示例中为2MHz)进行初始操作，并且如果需要较高的旁路电流电平，则开关控制器12的开关频率通过强制部件16c降低(例如，减半)。进而，这意味着所选择的开关装置Q1、Q2、Q3或Q4将接通较长时间段，并且因此流过旁路电路6的电流将增加。因此，最大电流计算值将随频率降低而增加，这将导致计算的接通时间17相应降低。以这种方式，合适的平均电流量能够被提供以用于在给定时间间隔164的接通时间期间有效平衡，其中某些实施例中的强制组件16c将使用较高的频率，这种情况下可能减轻与较高的最大电流关联的电压尖峰，并且然后选择性降低适应较高旁路电流要求所需要的开关控制器12的频率。另外，该能力对于平衡不对称电流组4特别有利，其中旁路电流电平有时可以比用于平衡对称电池组所需要的那些显著更高。
在某些实施例中，平衡电流强制组件16c还可以相对于旁路电流开关的开始选择性调整单元电压测量值的相对定时。具体地，图5和图6图示在连续周期时间间隔164内相对于单元电压测量时间192期间的单元电压测量值，在接通时间174期间初始提供的开关控制信号14-1、14-2、14-3、14-4的偏移。该相对偏移可以有利地减少或减轻旁路电流开关影响与电压测量值的相关性，从而减小任何得到的导出的或估计的单元电流值的误差。
图2A和图2B图示一种用于根据初始平衡旁路电流值和连续平衡旁路电流值通过控制有效平衡电流来管理电池组的方法100。尽管示例性方法100以一系列动作或事件的形式来示出和描述，但将认识到本公开的各种方法不被这种动作或事件的所示顺序限制，除非在本文具体阐述。就这点而言，除非在后文具体提供，否则一些动作或事件可以以不同的顺序和/或与除了在本文示出的和描述的之外的其他动作或事件同时发生，而且不需要所有所示步骤均实施根据本公开的过程或方法。所示的方法可以在硬件、处理器执行的软件或其组合中实施，以便提供在此公开的预测单元平衡概念。在某些实施例中，过程或方法100可以在电池管理系统2中实施，以用于在充电和/或放电操作期间使用上述预测平衡部件16进行有效单元平衡。
新的时间间隔T1(例如，下面的图4-6中的时间间隔164)在图2A的102处开始，包括在104-110处的初始平衡处理。在104处，根据测量的单元电压来估计各个单元DOD值。在104处，单元DOD估计能够根据一个或更多个测量值，使用任何合适的电荷状态(SOC)或放电深度计算/估计技术来完成。例如，图1中的平衡控制器10能够利用动态电压相关部件18以基于单元电压测量值和温度测量值来提供每个电池单元4-1、4-2和4-3的估计的DOD值。在图2A中的106处，基于单元DOD值中的差异，确定单元4的临时单元旁路电流值。在108处，均衡单元DOD值所需要的电荷通过量被确定，并且在110处，基于总的组电流，计算初始平衡电流值(例如，在上面3-S电池组示例中的值IINIT-1、IINIT-2、IINIT-3)以在剩余充电/放电时间内分配所需电荷通过量。例如，平衡控制器10从图1的组电流传感器22接收总的组电流信号或值24，并且在110处，使用其计算初始平衡电流值IINIT-1、IINIT-2、IINIT-3。
在图2A的112处，至少部分基于总的单元电荷差异(例如，单元4的QMAX值中的差异)并根据总的组电流，确定每个电池单元的连续单元平衡电流值(例如，ICONT-1、ICONT-2、ICONT-3)。在114处，例如，根据相应的初始和连续平衡电流值的总和确定每个电池单元的所需要的或期望的单元旁路电流(例如，IREQ-i＝IINIT-i+ICONT-i)，并且在116处，计算可选的反馈或比例因子S(例如，上面的S-1、S-2和S-3)。例如，在某些实施例中，比例因子S可以被计算为自先前时间间隔164的所需要的单元旁路电流值和实际单元旁路电流值的比率乘以自先前时间间隔164的比例因子S。由图2A可见，这可以包括诸如使用图1中的DVC部件18根据测量值和/或经由估计来得到单元旁路电流值I1、I2和I3。在120处，先前时间间隔164的实际单元旁路电流DVC_Ib1、DVC_Ib2、DVC_Ib3至少部分基于估计的实际单元旁路电流值I1、I2和I3、总的组电流值24和旁路效率参数来确定。在122处，通过比较所需要的旁路电流和所计算的旁路电流来计算当前时间间隔164的比例因子(S-1、S-2、S-3)，例如，根据自先前时间间隔164的相应的所需要的单元旁路电流值IREQ-i和先前时间间隔164的相应的实际单元旁路电流值DVC_Ibi的比率，其中在某些实施例中，得到的比率乘以先前时间间隔164的比例因子S。在124处，计算理论最大旁路电流值(例如，上面的IMAX-1、IMAX-2和IMAX-3)。
继续在图2B中，在130处，针对当前时间间隔164计算每个开关控制器通道的开关接通时间值17(TON)，以用于强制所需要的单元旁路电流。在一个示例中，诸如上面所述，在130处，可以至少部分地根据所需要的单元旁路电流值IREQ-i、计算的最大旁路电流值IMAX-i和与当前时间间隔164相关联的比例因子S-i，计算接通时间。在所示的实施例中，在132处，(例如，通过图1中的平衡电流强制部件16c)确定计算的接通时间是否大于当前时间间隔164(例如，是否TON>TI)。如果大于(在132处为是)，则在134降低开关频率，并且相应地在130处重新计算接通时间。如果接通时间都小于或等于时间间隔164的持续时间(在132处为否)，则过程100前进到136，在136处，计算的接通时间被应用(例如，接通时间17-1、17-2、17-3和17-4被提供到图1的开关控制器12)，并且在136处，接通时间的相对开始可以相对于单元电压测量值可选地偏移(例如，下面的图5和图6)。在图2B中的138处，确定充电/放电操作是否完成。如果没有(在130处为否)，则过程100返回到图2A的102以开始如上所述的新的时间间隔。如果充电/放电操作完成(在图2B的130处为是)，则在140处基于电池单元4的最终放电深度值更新最大电荷(QMAX)估计值，这能够用于气体计量或其他报告功能。
现在参考图4-6，图形160、170、180和190分别示出图1的系统2中作为时间的函数的旁路电流、开关接通/断开状态、开关频率182和单元电压测量定时。图4中的图形160示出旁路电流162，其用于平衡电池组4中的两个单元之间的电荷转移，其中开关相对于周期时间间隔164不一定按比例绘制。就这点而言，某些实施例涉及具有一秒时间间隔164的相当高的开关频率(诸如，500kHz到2MHz)。图4的图形180图示使用约2MHz的开关频率182的系统2的初始操作，并且在下文将开关频率182降低到1MHz。开关的每次循环(例如，对于2MH频率182，约为500ns)涉及旁路电流162的上升和下降(ramp down)，由此认识到在图中，为了说明性的目的，旁路电流的临时上升和下降被扩大。图形170示出由来自平衡控制器16的相应接通时间确定的开关接通/断开状况172。在该示例中，开关通道的相应接通时间(例如，图1中通道接通时间17中的一个)初始具有各个时间间隔164的持续时间的约50％的长度174，并且在第三间隔处(在t＝3处)稍微增加。此后，在时间“N”处，平衡电流强制部件16c将开关频率182减半(例如，21MHz)，而时间间隔164的长度保持相同。另外，由于平衡部件16的频率依赖性计算，接通时间长度174的计算减少了1/2因子。因此，相应的开关装置Q在每个高频率周期内仍然是两倍长。这允许旁路电流162在2MHz操作期间增加到所达到的最大值的近似两倍，而这种变化在更少的总时间上发生，由此在每个间隔164期间的平均电流仍然根据与该通道关联或被该通道影响的初始平衡电流值和连续平衡电流值确定。
图4还示出平衡控制器10的单元电压测量的定时的图形190。由图4中可见，在信号192的接通时间期间进行单元电压测量，这对应于平衡控制器10的模数转换器(ADC，未示出)的操作，该操作可以用于基于单元电压传感器20提供的模拟信号提供与感测单元电压关联的转换的数字值。在某些实施例中，单元电压传感器信号经由多路复用器提供到单个ADC，其中单元电压测量在图4的时间周期192期间顺序地完成。如图4的实施例所示，在时间192期间，单元电压测量在时间间隔164的开始处发生，并且开关接通时间172还在每个间隔164的开始处开始。时间间隔172和192的重叠可以使基于单元电压测量的单元电流估计值失真，其中在开关接通时间172期间，旁路电流传导的影响在时间周期192期间可以引起电压测量中的噪声。
还参考图5和图6，在某些实施例中预测平衡部件16可操作以选择性调整开关接通时间172和电压测量时间192的相对开始时间，以便减少这种噪声或干扰。图5图示一种可能的解决方案，其中平衡部件16调整连续周期时间间隔内提供旁路电路开关控制信号(在接通时间172期间)的开始时间，并且通常在每个时间间隔164的开始处(或间隔164的结束处或在一些其他静态位置处)维持时间周期192期间的单元电压测量。在这种情况下，在时间T＝0处，开关接通时间172在时间间隔164的开始处开始，并且针对每个连续时间间隔164对开关开始时间增量延迟量Δ。在这种情况下，在T＝5处以第5时间间隔开始，例如，相应的开关接通时间172在时间间隔164开始后的5Δ处开始。以这种方式，开关接通时间间隔172和单元电压测量间隔192之间没有固定关系。图6示出一种替代方法，其中在连续周期时间间隔内调整单元电压测量的开始时间，并且维持开关接通时间172在每个时间间隔164的开始处(或在时间间隔164的某个其他固定临时位置处)开始。在这种情况下，在T＝0处，单元电压测量在间隔164的开始处发生，并且此后，在每个连续时间间隔164内，单元电压测量周期192的开始偏移延迟量Δ。
本领域技术人员应该认识到，在所要求保护的发明的范围内，可以对所述的示例实施例进行修改，并且许多其他实施例也是可能的。

Claims (22)

1.一种用于管理电池组的系统，所述电池组包括具有相应的多个放电深度值的多个电池单元，所述系统包括：
旁路电路，其可操作地与所述电池单元耦合，所述旁路电路包括：多个开关装置和多个能量存储部件，所述开关装置根据相应的开关控制信号单独可操作，以在第一状态下使旁路电流从所述电池单元中的至少一个传导至所述能量存储部件中的至少一个，并且在第二状态下允许旁路电流从所述能量存储部件中的至少一个传导至所述电池单元中的至少另一个；以及
开关控制器，其可操作以在多个周期时间间隔中的每个中的相应的多个接通时间内以开关频率提供多个开关控制信号到所述旁路电路的所述开关装置，以用于有效平衡所述电池单元；以及
预测平衡部件，其可操作以根据多个初始平衡旁路电流值计算所述多个接通时间，以在充电时间的预期结束或放电时间的预期结束之前平衡所述多个放电深度值，并且根据多个连续平衡旁路电流值计算所述多个接通时间，以维持所述多个放电深度值的当前关系。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述平衡部件包括：
初始平衡部件，其可操作以确定分别对应于所述多个电池单元中的一个并且分别表示从当前时间直到所述充电时间的预期结束或所述放电时间的预期结束时所需的旁路电流量的所述多个初始平衡旁路电流值，以至少部分基于估计的所述电池单元的当前放电深度值在所述充电时间的预期结束或所述放电时间的预期结束之前平衡所述多个放电深度值；以及
连续平衡部件，其可操作以确定分别对应于所述多个电池单元中的一个并且分别表示在所述当前时间维持所述多个放电深度值的当前关系所需的旁路电流量的所述多个连续平衡旁路电流值，所述连续平衡部件至少部分地基于所述电池单元的总的电荷容量值中的差异和表示所述电池组中的总的电流流量的总的组电流值，确定所述多个连续平衡旁路电流值。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述平衡部件包括平衡电流强制部件，其可操作以：
至少部分地基于所述能量存储部件的部件值和所述开关控制器的所述开关频率来确定多个理论最大旁路电流值，其中假设所述开关控制器在整个时间间隔内以所述开关频率提供所述开关控制信号；
根据所述初始平衡旁路电流值中的相应一个与所述多个连续平衡旁路电流值中的相应一个的各个的总和，确定多个所需要的单元旁路电流值；以及
至少部分基于相应的所需要的单元旁路电流值与相应的理论最大旁路电流值的比率，确定所述多个接通时间的各个作为当前时间间隔的一部分。
4.根据权利要求3所述的系统，其中如果所述接通时间的一个或更多个超过当前时间间隔的持续时间，所述平衡电流强制部件可操作以选择性地降低所述开关控制器的所述开关频率。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以选择性地调整提供到所述开关装置的所述开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
6.根据权利要求3所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以选择性地调整提供到所述开关装置的所述开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
7.根据权利要求3所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以：
至少部分基于多个估计的实际单元旁路电流值、所述总的组电流值和旁路效率参数，确定先前时间间隔的多个实际单元旁路电流值；
确定分别对应于所述多个电池单元中的一个的多个比例因子，所述当前时间间隔的各个比例因子被计算为自所述先前时间间隔的所述所需要的单元旁路电流值中的相应一个与所述先前时间间隔的所述多个实际单元旁路电流值中的相应一个的比率乘以自所述先前时间间隔的相应比例因子；以及
至少部分基于所述多个比例因子确定所述多个理论最大电流值。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以至少部分基于相应的初始平衡旁路电流值与相应的连续平衡旁路电流值的总和计算各个接通时间，并且如果所述接通时间的一个或更多个超过当前时间间隔的持续时间，则选择性地降低所述开关控制器的所述开关频率。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以选择性地调整提供到所述开关装置的所述开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以至少部分基于相应的初始平衡旁路电流值与相应的连续平衡旁路电流值的总和计算各个接通时间，并且如果所述接通时间的一个或更多个超过当前时间间隔的持续时间，则选择性地降低所述开关控制器的所述开关频率。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以选择性地调整提供到所述开关装置的所述开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述预测平衡部件可操作以选择性地调整提供到所述开关装置的所述开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
13.一种用于均衡具有多个电池单元的电池组中电荷的方法，所述多个电池单元具有相应的多个放电深度值，所述方法包括：
将包括所述多个电池单元的所述电池组耦合至具有开关控制器电路和平衡部件的平衡控制器电路；
至少部分地基于估计的所述电池单元的当前放电深度值确定多个初始平衡旁路电流值，所述初始平衡旁路电流值分别对应于所述多个电池单元中的一个并分别表示从当前时间直到充电时间的预期结束或放电时间的预期结束时所需的旁路电流量，以在所述充电时间的预期结束或放电时间的预期结束之前平衡所述多个放电深度值；
至少部分基于所述电池单元的总的电荷容量值中的差异和表示所述电池组中的总的电流流量的总的组电流值，确定多个连续平衡旁路电流值，所述连续平衡旁路电流值分别对应于所述多个电池单元中的一个，并且分别表示当前时间维持所述多个放电深度值的当前关系所需的旁路电流量；
至少部分基于所述初始平衡旁路电流值和所述连续平衡旁路电流值确定在当前时间间隔内用于所述开关控制器的多个接通时间，从而驱动多个开关以控制到所述电池单元中的各个的旁路电流的传导和/或控制来自所述电池单元中的各个的旁路电流的传导；以及
至少部分基于所述多个接通时间在所述当前时间间隔内控制到所述电池单元中的各个的旁路电流的传导和/或控制来自所述电池单元中的各个的旁路电流的传导。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：
至少部分基于连接到所述电池单元的旁路电路的能量存储部件的部件值以及基于操作所述旁路电路的开关装置的开关控制器的开关频率，确定分别对应于所述电池单元中的一个的多个理论最大旁路电流值；
根据所述初始平衡旁路电流值中的相应一个与所述多个连续平衡旁路电流值中的相应一个的各个总和，确定多个所需要的单元旁路电流值；以及
至少部分基于相应的所需要的单元旁路电流值和相应的理论最大旁路电流值的比率，确定所述多个接通时间的各个。
15.根据权利要求14所述的方法，包括：
至少部分基于多个估计的实际单元旁路电流值、所述总的组电流值和旁路效率参数，确定先前时间间隔的多个实际单元旁路电流值；
确定分别对应于所述多个电池单元中的一个的多个比例因子，包括将当前时间间隔的各个比例因子计算为自所述先前时间间隔的所述所需要的单元旁路电流值中的相应一个与所述先前时间间隔的所述多个实际单元旁路电流值中的相应一个的比率乘以自所述先前时间间隔的相应比例因子；以及
至少部分基于所述多个比例因子确定所述多个理论最大电流值。
16.根据权利要求14所述的方法，包括：
至少部分基于相应的初始平衡旁路电流值与相应的连续平衡旁路电流值的总和计算所述各个接通时间；以及
如果所述接通时间的一个或更多个超过当前时间间隔的持续时间，则选择性地降低所述开关控制器的所述开关频率。
17.根据权利要求16所述的方法，包括选择性地调整提供到连接到所述电池单元的旁路电路的所述开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
18.根据权利要求13所述的方法，包括选择性地调整提供到连接到所述电池单元的旁路电路的所述开关控制信号的相对开始时间，并调整连续周期时间间隔内的单元电压测量值。
19.一种具有用于均衡具有多个电池单元的电池组中电荷的计算机可执行指令的非临时性计算机可读介质，所述多个电池单元具有相应的多个放电深度值，所述计算机可读介质包括计算机可执行指令，其用于在所述计算机可执行指令的控制下操作的具有开关控制器电路和平衡部件的用于管理电池组的系统：
至少部分地基于估计的所述电池单元的当前放电深度值确定多个初始平衡旁路电流值，所述初始平衡旁路电流值分别对应于所述多个电池单元中的一个并分别表示从当前时间直到充电时间的预期结束或放电时间的预期结束时所需的旁路电流量，以在所述充电时间的预期结束或放电时间的预期结束之前平衡所述多个放电深度值；
至少部分基于所述电池单元的总的电荷容量值中的差异和表示所述电池组中的总的电流流量的总的组电流值，确定多个连续平衡旁路电流值，所述连续平衡旁路电流值分别对应于所述多个电池单元中的一个，并且分别表示当前时间维持所述多个放电深度值的当前关系所需的旁路电流量；
至少部分基于所述初始平衡旁路电流值和所述连续平衡旁路电流值，确定在当前时间间隔内用于所述开关控制器的多个接通时间，从而驱动多个开关以控制到所述电池单元中的各个的旁路电流的传导和/或控制来自所述电池单元中的各个的旁路电流传导；以及
至少部分基于所述多个接通时间，在所述当前时间间隔内控制到所述电池单元中的各个的旁路电流的传导和/或控制来自所述电池单元中的各个的旁路电流的传导。
20.根据权利要求19所述的计算机可读介质，包括计算机可执行指令，其用于：
至少部分基于连接到所述电池单元的旁路电路的能量存储部件的部件值以及基于操作所述旁路电路的开关装置的开关控制器的开关频率，确定分别对应于所述电池单元中的一个的多个理论最大旁路电流值；
根据所述初始平衡旁路电流值中的相应一个与所述多个连续平衡旁路电流值中的相应一个的各个总和，确定多个所需要的单元旁路电流值；以及
至少部分基于相应的所需要的单元旁路电流值和相应的理论最大旁路电流值的比率，确定所述多个接通时间的各个。
21.一种具有开关控制器电路和平衡部件的用于管理电池组的系统，用于均衡具有多个电池单元的电池组中的电荷，所述多个电池单元具有相应的多个放电深度值，所述具有开关控制器电路和平衡部件的用于管理电池组的系统配置为：
至少部分地基于估计的所述电池单元的当前放电深度值确定多个初始平衡旁路电流值，所述初始平衡旁路电流值分别对应于所述多个电池单元中的一个并分别表示从当前时间直到充电时间的预期结束或放电时间的预期结束时所需的旁路电流量，以在所述充电时间的预期结束或放电时间的预期结束之前平衡所述多个放电深度值；
至少部分基于所述电池单元的总的电荷容量值中的差异和表示所述电池组中的总的电流流量的总的组电流值，确定多个连续平衡旁路电流值，所述连续平衡旁路电流值分别对应于所述多个电池单元中的一个，并且分别表示当前时间维持所述多个放电深度值的当前关系所需的旁路电流量；
至少部分基于所述初始平衡旁路电流值和所述连续平衡旁路电流值，确定在当前时间间隔内用于所述开关控制器的多个接通时间，从而驱动多个开关以控制到所述电池单元中的各个的旁路电流的传导和/或控制来自所述电池单元中的各个的旁路电流传导；以及
至少部分基于所述多个接通时间，在所述当前时间间隔内控制到所述电池单元中的各个的旁路电流的传导和/或控制来自所述电池单元中的各个的旁路电流的传导。
22.根据权利要求21所述的具有开关控制器电路和平衡部件的用于管理电池组的系统，进一步配置为：
至少部分基于连接到所述电池单元的旁路电路的能量存储部件的部件值以及基于操作所述旁路电路的开关装置的开关控制器的开关频率，确定分别对应于所述电池单元中的一个的多个理论最大旁路电流值；
根据所述初始平衡旁路电流值中的相应一个与所述多个连续平衡旁路电流值中的相应一个的各个总和，确定多个所需要的单元旁路电流值；以及
至少部分基于相应的所需要的单元旁路电流值和相应的理论最大旁路电流值的比率，确定所述多个接通时间的各个。
CN201380047754.6A 2012-09-15 2013-09-16 使用预测平衡管理电池组的系统和方法 Active CN104620467B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/620,842 US9130377B2 (en) 2012-09-15 2012-09-15 System and method for battery pack management using predictive balancing
US13/620,842 2012-09-15
PCT/US2013/059925 WO2014043615A1 (en) 2012-09-15 2013-09-16 System and method for battery pack management using predictive balancing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104620467A CN104620467A (zh) 2015-05-13
CN104620467B true CN104620467B (zh) 2018-08-28

Family

ID=50273796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380047754.6A Active CN104620467B (zh) 2012-09-15 2013-09-16 使用预测平衡管理电池组的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (3) US9130377B2 (zh)
JP (3) JP6251746B2 (zh)
CN (1) CN104620467B (zh)
WO (1) WO2014043615A1 (zh)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102823104B (zh) 2010-02-05 2016-05-11 法国原子能源和替代能源委员会 用于电池的充电均衡系统
FR2956261B1 (fr) * 2010-02-05 2012-03-09 Commissariat Energie Atomique Systeme d'equilibrage pour batteries d'accumulateurs
KR101863036B1 (ko) * 2011-11-30 2018-06-01 주식회사 실리콘웍스 배터리 잔존전하량 추정방법 및 배터리 관리시스템
US9583957B2 (en) * 2012-09-10 2017-02-28 Silicon Works Co., Ltd. Cell balancing integrated circuit, cell balancing system, and cell balancing method
US20150207345A1 (en) * 2014-01-22 2015-07-23 Apple Inc. Rechargeable battery with series-connected, asymmetric banks
US9438048B2 (en) * 2014-06-20 2016-09-06 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Modular battery cell architecture and control method
CN104505550B (zh) * 2014-12-25 2017-01-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 磷酸铁锂电池组的被动均衡方法及系统
KR101776403B1 (ko) * 2015-10-08 2017-09-07 현대자동차주식회사 환경차량용 배터리충전기의 운전 방법
RU2622041C1 (ru) * 2015-12-28 2017-06-09 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Сигма" Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления
CN110249498B (zh) 2016-02-23 2023-06-16 德克萨斯仪器股份有限公司 电池装置和电池单元均衡电路
CN107870301B (zh) * 2016-09-27 2020-09-04 华为技术有限公司 一种电池微短路的检测方法及装置
EP3571753B1 (en) * 2017-01-23 2024-04-24 Rafael Advanced Defense Systems Ltd. System for balancing a series of cells
WO2018153431A1 (en) 2017-02-21 2018-08-30 Volvo Truck Corporation A method and arrangement for balancing a battery pack
US11169213B2 (en) 2017-05-05 2021-11-09 Texas Instruments Incorporated Voltage based zero configuration battery management
US10788536B2 (en) 2017-05-11 2020-09-29 Texas Instruments Incorporated System and apparatus for battery internal short current detection under arbitrary load conditions
US10992144B2 (en) * 2017-05-17 2021-04-27 Galley Power LLC Battery balancing and current control with bypass circuit for load switch
EP3435474A1 (de) * 2017-07-27 2019-01-30 HILTI Aktiengesellschaft Bypass-schaltung an einem akkumulator
GB2565838B (en) * 2017-08-25 2020-12-23 Ge Aviat Systems Ltd Battery pack balancing system
US10910847B2 (en) 2017-12-21 2021-02-02 Eric Paul Grasshoff Active cell balancing in batteries using switch mode dividers
US11876394B2 (en) 2017-12-21 2024-01-16 Eric Paul Grasshoff Active cell balancing in batteries using switch mode dividers
DE102018204924A1 (de) * 2018-03-29 2019-10-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Steuereinheit zur Überwachung eines Energiespeichers
US10326305B1 (en) 2018-08-27 2019-06-18 Ekergy Llc Personal power plant system and methods of inverse energy generation
WO2020047664A1 (en) * 2018-09-05 2020-03-12 Dpm Technologies Inc. Systems and methods for intelligent control of rotating electric machines
CN111239613B (zh) * 2018-11-29 2022-07-05 宏碁股份有限公司 电池电量估计方法与电子装置
KR20200107614A (ko) 2019-03-08 2020-09-16 삼성전자주식회사 배터리 장치의 충전 상태를 결정하기 위한 전자 장치 및 상기 전자 장치의 동작 방법
CN113491030A (zh) * 2019-03-22 2021-10-08 Oppo广东移动通信有限公司 充放电控制方法及待充电设备
US11722026B2 (en) 2019-04-23 2023-08-08 Dpm Technologies Inc. Fault tolerant rotating electric machine
US10615610B1 (en) * 2019-05-28 2020-04-07 Ekergy Llc System and method for efficient charging of multiple battery cassettes
US11670952B2 (en) * 2019-10-18 2023-06-06 Fca Us Llc Voltage estimation for automotive battery charging system control
WO2021128715A1 (zh) * 2019-12-26 2021-07-01 上海派能能源科技股份有限公司 一种均衡驱动电路以及电子设备
KR20220029109A (ko) 2020-09-01 2022-03-08 삼성전자주식회사 배터리 상태 추정 방법 및 장치
WO2022232904A1 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Exro Technologies Inc. Battery control systems and methods
US11967913B2 (en) 2021-05-13 2024-04-23 Exro Technologies Inc. Method and apparatus to drive coils of a multiphase electric machine
TWI818593B (zh) * 2022-06-20 2023-10-11 新盛力科技股份有限公司 電池設備的放電平衡方法
CN117277518B (zh) * 2023-11-21 2024-02-02 上海芯龙半导体技术股份有限公司 电池主动均衡方法及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082452A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 三洋电机株式会社 均衡装置、均衡处理程序及方法、蓄电池系统及电动车辆
CN201877865U (zh) * 2010-12-22 2011-06-22 上海中科深江电动车辆有限公司 汽车动力电池均衡系统
DE102010002326A1 (de) * 2010-02-25 2011-08-25 SB LiMotive Company Ltd., Kyonggi Verfahren zum Ausbalancieren von Ladezuständen einer Batterie mit mehreren Batteriezellen sowie ein entsprechendes Batteriemanagementsystem und eine Batterie
WO2012028427A1 (de) * 2010-08-30 2012-03-08 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zum ausbalancieren von ladezuständen einer batterie mit mehreren batteriezellen sowie ein entsprechendes batteriemanagementsystem und eine batterie

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10257683A (ja) * 1997-03-07 1998-09-25 Japan Storage Battery Co Ltd 組電池の充放電回路
US6789026B2 (en) 2002-12-29 2004-09-07 Texas Instruments Incorporated Circuit and method for monitoring battery state of charge
US6892148B2 (en) 2002-12-29 2005-05-10 Texas Instruments Incorporated Circuit and method for measurement of battery capacity fade
US6832171B2 (en) 2002-12-29 2004-12-14 Texas Instruments Incorporated Circuit and method for determining battery impedance increase with aging
WO2005125015A2 (en) 2004-06-14 2005-12-29 Powerprecise Solutions, Inc. Method and apparatus for time measurement
US7259572B2 (en) 2004-06-14 2007-08-21 Powerprecise Solutions, Inc. Method and apparatus for detecting impedance
JP2008507097A (ja) 2004-07-15 2008-03-06 パワープリサイス・ソリューションズ・インコーポレーテッド ワンタイム動作状態検出方法および装置
US7443140B2 (en) 2005-08-02 2008-10-28 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for operating a battery to avoid damage and maximize use of battery capacity by terminating battery discharge
US8228092B2 (en) 2006-09-15 2012-07-24 Texas Instruments Northern Virginia Incorporated High voltage latching and DC restoration isolation and level shifting method and apparatus
US7856328B2 (en) 2007-10-10 2010-12-21 Texas Instruments Incorporated Systems, methods and circuits for determining potential battery failure based on a rate of change of internal impedance
US8049465B2 (en) 2007-10-10 2011-11-01 Texas Instruments Incorporated Systems, methods and circuits for determining micro-short
US7808244B2 (en) 2008-03-31 2010-10-05 Texas Instruments Incorporated System and method for determining state of charge of a battery utilizing initial voltage and current measurement and a previous estimate of battery resistance
US8421416B2 (en) 2008-04-16 2013-04-16 Texas Instruments Incorporated Battery charge compensation
US7880434B2 (en) 2008-05-21 2011-02-01 Southwest Electronic Energy Corporation System for balancing a plurality of battery pack system modules connected in series
US8242738B2 (en) 2008-05-28 2012-08-14 Texas Instruments Incorporated Systems and methods for determining battery parameters following active operation of the battery
JP2010081732A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Mazda Motor Corp 自動車のバッテリ制御方法及びその装置
JP2010104179A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置及び電動車輌
JP5334566B2 (ja) * 2008-12-25 2013-11-06 Ｆｄｋ株式会社 蓄電モジュールの電圧補正制御方法
WO2010135260A2 (en) * 2009-05-18 2010-11-25 Boston-Power, Inc. Energy efficient and fast charge modes of a rechargeable battery
JP5618609B2 (ja) 2010-04-27 2014-11-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 組電池の制御装置
US8450978B2 (en) 2010-08-27 2013-05-28 Texas Instruments Incorporated Monitoring a rechargeable battery with multiple parameter update rates
EP2445081B1 (en) 2010-09-23 2022-12-21 STMicroelectronics Application GmbH Battery comprising circuitry for charge and discharge control, and method of operating a battery
US8749201B2 (en) * 2010-10-05 2014-06-10 GM Global Technology Operations LLC Battery pack capacity learn algorithm
US8471529B2 (en) 2010-10-14 2013-06-25 GM Global Technology Operations LLC Battery fault tolerant architecture for cell failure modes parallel bypass circuit
US9201121B2 (en) 2010-12-06 2015-12-01 Texas Instruments Incorporated System and method for sensing battery capacity
US20120194133A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-02 National Semiconductor Corporation Active cell balancing using independent energy transfer bus for batteries or other power supplies
JP5533724B2 (ja) * 2011-02-17 2014-06-25 トヨタ自動車株式会社 車両の充電装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082452A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 三洋电机株式会社 均衡装置、均衡处理程序及方法、蓄电池系统及电动车辆
DE102010002326A1 (de) * 2010-02-25 2011-08-25 SB LiMotive Company Ltd., Kyonggi Verfahren zum Ausbalancieren von Ladezuständen einer Batterie mit mehreren Batteriezellen sowie ein entsprechendes Batteriemanagementsystem und eine Batterie
WO2012028427A1 (de) * 2010-08-30 2012-03-08 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zum ausbalancieren von ladezuständen einer batterie mit mehreren batteriezellen sowie ein entsprechendes batteriemanagementsystem und eine batterie
CN201877865U (zh) * 2010-12-22 2011-06-22 上海中科深江电动车辆有限公司 汽车动力电池均衡系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014043615A1 (en) 2014-03-20
US9979211B2 (en) 2018-05-22
JP2015528690A (ja) 2015-09-28
JP6546641B2 (ja) 2019-07-17
CN104620467A (zh) 2015-05-13
US20140077752A1 (en) 2014-03-20
JP6251746B2 (ja) 2017-12-20
US9130377B2 (en) 2015-09-08
JP2018050466A (ja) 2018-03-29
US20160072316A1 (en) 2016-03-10
JP6916452B2 (ja) 2021-08-11
JP2019195265A (ja) 2019-11-07
US20180226810A1 (en) 2018-08-09
US10778014B2 (en) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104620467B (zh) 使用预测平衡管理电池组的系统和方法
CN110476320B (zh) 电源装置
JP5610652B2 (ja) 蓄電器制御回路
CN107615087B (zh) 蓄电池管理装置及蓄电池管理方法
JP6973488B2 (ja) 劣化状態演算方法及び劣化状態演算装置
JP6324248B2 (ja) 電池状態検知装置、二次電池システム、電池状態検知プログラム、電池状態検知方法
JP6106991B2 (ja) 状態管理装置、蓄電素子の均等化方法
JP6316690B2 (ja) 電池状態検知装置、二次電池システム、電池状態検知プログラム、電池状態検知方法
JP6174963B2 (ja) 電池制御システム
JP5971397B2 (ja) 電池パック
WO2019230033A1 (ja) パラメータ推定装置、パラメータ推定方法及びコンピュータプログラム
JP4855871B2 (ja) 充電装置
JP2015038444A (ja) 二次電池の残量推定方法及びその装置
WO2010140235A1 (ja) 群電池充電率演算装置、群電池充電率演算方法、プログラム、及び群電池ｓｏｃ表示装置
Pröbstl et al. SOH-aware active cell balancing strategy for high power battery packs
CN109683104A (zh) 电池状态推定方法以及电池状态推定装置
JP2014068468A (ja) 充電制御装置
JP2018050416A (ja) バッテリシステム
KR20230128319A (ko) 회로 모델링을 사용하는 배터리 충전을 위한 시스템및 방법
JP5851514B2 (ja) 電池制御装置、二次電池システム
JP4016516B2 (ja) 組電池の充放電制御装置
US10447142B1 (en) Load current measurement
CN103163472B (zh) 电池传感器及电池充电状态的演算方法
CN115469238A (zh) 一种基于联合荷电状态估算的电池组均衡方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant